• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2008.05a
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• pp.1774-1778
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• 2008

유량 환산에 이용되는 수위-유량 관계곡선식은 하천의 흐름을 정상 등류상태로 가정하고 유속계를 하천에 투입하여 년간 정해진 횟수의 유량측정을 실시하여 이로부터 갱신하여 작성하고 있다. 평수기에는 이렇게 기기를 이용하여 유량측정이 가능하지만 홍수기나 갈수기에는 접촉식 유속계를 이용한 하천유량 측정이 불가능한 실정이다. 홍수기에는 기기 손상과 관측자의 안전이 위협받는 실정이고, 갈수기에는 유속이 너무 느려서 (0.1 m/s 이하) 프로펠러 유속계의 경우 유속의 정확한 관측이 힘들다. 또한 전지구적 빈번한 이상기후의 현실정에서 가장 중요한 기초 수문자료인 홍수량의 정확한 측정 자료는 많지 않다. 홍수유량을 측정하기 위해서 현재에도 기존의 봉부자를 이용하거나 유비쿼터스 센서를 장착한 봉부자를 이용하는 유량측정 기법이 향해지고 계속적으로 소개되고 있는 실정이지만 봉부자의 특성상 정확한 유량을 계산하기에는 어려움이 많다. 현재 선진국에서는 흐름과 비접촉식 방법을 이용한 하천유량측정 방법이 지난 10 여년간 꾸준이 연구되어 왔다. 그중 대표전인 것이 전자파를 이용한 방법과 영상해석에 의한 방법이다. 전자의 경우 국내에서는 수자원공사에서 10년 이상 연구 개발하여 상품화 시킨바 현업에서 이를 이용하여 홍수유량측정을 실시하고 있다. 후자의 방법은 유체역학 분야에서 흐름해석에 주로 이용되어지던 PIV(particle image velocimetry) 기법을 하천과 같이 대규모의 흐름영역에 적용가능하도록 개발된 기술로 LSPIV (large-casle particle image velocimetry)라 불리우는 기술이다. 본 연구에서는 미국 Iowa 대학에서 개발한 LSPIV를 이용하여 홍수파의 진행시 수위와 유량의 두 변수 사이에 나타나는 Loop rating curve의 이론적인 관계를 하천현장에서 일정시간 간격으로 실측을 통하여 파악하고자 하였다. 현장실험을 위한 대상지점으로 미국 Iowa주 Coralville 시내 Clear Creek의 USGS (US Geologival Survey) 수위관측소 지점을 선택하여 본 연구에서 실시한 유량측정 결과의 비교가 가능토록 하였다. LSPIV는 그 특성상 야간에는 적용하는데 어려움이 있어 아침시간부터 해가 지기 직전까지의 자연채광 조건의 영상취득이 가능한 시간대에서 표면유속을 측정하였고 이에 수심평균유속환산계수를 적용하여 유량을 계산하였다. 강우의 발생으로 인한 홍수파의 진행시 총 43회의 유량을 측정하였는바 이를 이용하여 이 지점의 수위-유량 관계식과 비교한 결과 거의 일치하는 결과를 나타냈다. 특히 홍수파의 진행시 고수위 영역에서의 측정한 결과는 수위의 상승기에는 최고로 7.5% 까지 측정유량이 수위-유량관계식에서 계산한 유량보다 컸으며, 수위의 하강기에는 반대로 최고 5.4% 정도까지 측정유량이 수위-유량관계식에서 계산한 유량보다 작게 나타났다. 또한 최대유량의 발생시기는 최고수위 발생직전의 수위라는 것이 파악되었다. 이러한 경향은 수위-유량 관계곡선의 이론과 잘 일치하는 것이다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2004.05b
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• pp.932-936
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• 2004

수제는 하천에서의 흐름 방향과 유속을 제어하여 하안 또는 제방을 유수에 의한 침식작용으로부터 보호하기 위해 호안 또는 하안 전면부에 설치하는 구조물이다. 수제를 설치하는 목적은 하안 및 제방의 보호, 유로의 제어, 그리고 수환경의 개선 등을 들 수 있다. 국내에는 해방 이후 수제의 시공 사례가 거의 없었으나, 최근 들어 자연형 하천파 하천생태계 복원에 대한 관심이 점증하면서 수제에 대한 관심이 커지고 있다. 그러나 현재 국내에는 수제설계에 대한 실증적인 지침이 미비하고 국외의 기준을 검증 없이 소개하는 수준이어서 현장의 설계단계에서 수제공의 채택을 망설이게 하는 원인이 되고 있다. 이 연구에서는 국내${\cdot}$외 수제의 현황과 기술 동향을 파악하여 수제의 기하학적 특성인 수제길이, 수제길이, 그리고 설치각도의 3가지 설계인자를 조합하여 실험을 실시하였다. LSPIV 기법을 적용하여 측정한 유속자료를 분석한 결과 수제역 내 평균유속이 유입부 유속에 비해 $40\%$ 이하로 감소하는 것을 관찰할 수 있었다. 유속성분을 통하여 수제역 내 와도 및 사분면 검토를 실시한 결과 수제역 내에서는 비교적 안정적인 수치를 보이고 있어 호안침식방지에 유리한 것으로 보인다. 수제의 길이가 하폭의 $15\%$ 이하인 경우 상향 또는 하향수제가, $20\%$ 이상인 경우 직각수제가 유리한 것으로 나타났다.

• Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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• v.29 no.3
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• pp.139-146
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• 2017

In order to understand the efficacy of submerged breakwater constructed for the beach protection, laboratory experiments were carried out by observing the characteristics of flow around a single shore-parallel submerged breakwater. The velocity field near the shoreline was measured by utilizing the LSPIV (Large-Scale Particle Image Velocimetry) technique, and mean surface and wave height distributions were observed around the submerged breakwater, according to various combinations of incident waves and submerged breakwaters. In this experiment, it was found that the mean flow pattern behind the submerged breakwater was determined by the balance among the gradients of mean water surface and excess wave-momentum flux (i.e., radiation stress tensors) which interact with the wave-induced current developed by the gradients on the rear and the side of the submerged breakwater. The divergent and convergent flow patterns behind the submerged breakwater (i.e., accretion and erosion response) of the numerical study of Ranasinghe et al.(2010) were observed in the measured velocity distributions, and their empirical formula mostly agreed with the experimental results. However, for some cases in this experiment, it was difficult to say that the flow pattern was one of them and was agreed with the empirical formula.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.276-276
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• 2019

하천에서 신뢰성 있는 유속 및 유량의 측정 자료는 수자원의 효율적인 계획과 관리를 위한 가장 기본적인 사항이다. 유속 및 유량을 측정하기 위해 지금까지는 주로 프로펠러 유속계나 초음파유속계 또는 봉부자 등을 활용해왔으며, 홍수 시에는 봉부자에 의존하고 있다. 봉부자를 이용한 유속 측정은 측정 환경이나 측정자에 따라 정확도 차이가 난다는 한계점이 있다. 뿐만 아니라 실제로 홍수가 발생했을 때는 유량이 매우 크기 때문에 교량으로 접근이 어렵고 현장으로의 접근자체가 제한될 수 있다. 위와 같은 문제들을 해결하기 위한 대안으로 비접촉식 유속 측정방법인 표면영상유속계(LSPIV, Large Scale Particla Image Velocimetry)가 있다. 표면영상유속계는 수면을 촬영한 영상을 분석하여 표면 유속을 측정하는 기법으로, 영상 촬영 장비와 분석 소프트웨어만 있으면 유속을 측정할 수 있다. 유속 및 유량 측정 결과를 보고할 때는 그 결과를 사용하는 사람이 얼마나 믿고 사용해도 좋은가에 관한 신뢰성을 판단할 수 있도록 신뢰도를 나타내는 어떤 정량적인 값인 불확도를 유량 측정 결과와 함께 제시하여야 한다. 표면영상유속계는 매우 간편하고 신속하게 하천의 유속장을 측정하는 기법이지만 측정 불확도 산정에 대한 연구가 미흡하여 정확한 측정 불확도를 제시할 수 없는 실정이다. 표면영상유속계의 불확도 인자는 바람의 영향, 입자 밀도/크기, 촬영시간 간격, 상관영역의 크기, 전단흐름/회전흐름, 참조점 측량/식별, 이동거리 산정 등이 있다. 표면영상유속계의 측정불확도를 제시하기 위해서는 각 불확도 인자에 대한 불확도를 제시하여야 한다. 따라서 본 연구에서는 Matlab을 이용하여 표면영상유속계의 불확도 요인 중 영상에서 참조점식별 시 발생하는 불확도를 분석하고자 한다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.41 no.7
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• pp.653-667
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• 2008

The hydraulic model test for the L-type Groynes with "ㄱ" shape were conducted to analyze flow characteristics around these groynes. The results of model tests should be used for the fundamental information to design the L-type Groyne constructed in the field. Main hydraulic factors such as the velocity and thalweg line changes in main channel and separation area were analyzed in this study. The thalweg line is stream line where the maximum velocity occurs, and the separation area is a boundary of main flow and recirculation zone. Model tests with 5 different arm-lengths of the L-type Groynes were conducted changing the velocity. The LSPIV(Large Scale Particle Image Velocimetry) technique was used to measure and analyze the flow variation around the L-type Groynes. The velocity in main channel was increased 1.5 times and there was no effects of different groyne arm-length on the velocity changes. The width of thalweg lines $(T_{CL})$ was changed to $55{\sim}58%$ of chanel width, and the Froude number did not affect on the thalweg line $(T_{CL})$ and separation line $(S_h)$ changes.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.26 no.3B
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• pp.271-278
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• 2006

In design of groyne series, groyne spacing is a important factor and have an effect on not only the characteristics of backward and recirculation flow in groyne zone but also flow field in main channel. It is necessary study about flow pattern of recirculation zone and main channel that is a cause of bad change, local scour and bank erosion by groyne spacing. In this study, flow variation of groyne zone and main chanel for spacing of groynes were analyzed from the experiment results in order to offer a fundamental data that can be used to decide the proper groyne spacing. Experiments were conducted 12 cases for groyne spacing(L) by groyne length(l) rate and the velocity profile was measured using LSPIV and ADV. From the results, two vortex flows developed in recirculation zone for L/l=3~9 and three vortex flows developed over L/l=10. The velocity of backward flow in recirculation zone was decreased up to 20% over L/l=4. The velocity of main channel flow was increased from 1.3 to 2.0 times by groyne spacing and the rate of velocity increased by increasing groyne spacing. The maximum velocity occurred in 0.7~0.8 times of groyne spacing downstream of upper groyne.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2010.05a
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• pp.1921-1925
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• 2010

개수로의 흐름을 측정하는 유속계는 유체역학 및 수리학적 연구와 유량 측정 등의 업무에 필수적인 장비이다. 그동안 국내에서는 일부 전자파표면유속계(이상호 등, 1997)와 영상처리 기반의 LSPIV(김영근 등, 2004)와 같은 비접촉식 유속측정 장치가 개발되어 활용되고 있지만, 유속 및 유량 측정에 보다 널리 사용되고 있는 수중 투입식 유속계의 경우 거의 개발되지 않았다. 특히 유속 분포를 측정하는데 활용될 수 있는 초음파 방식 유속 프로파일러는 거의 전적으로 외국제품에 의존하고 있다. 일반 유속계가 점유속을 측정하는데 비해 유속 프로파일러는 센서가 지향하는 방향선을 따라 공간적인 유속분포를 동시에 획득할 수 있으므로 측정 효율성이 높다는 장점을 지닌다. 본 연구에서는 국내 기술로 개수로 흐름 측정에 활용할 수 있는 초음파 유속 프로파일러를 개발하였다. 이 유속 프로파일러는 초음파 펄스를 반복적으로 송수신하는 PRF 기법을 이용하여 개발하였다. 개발된 유속 프로파일러는 직사각형 수로에서 유속 분포를 측정하기 위해 적용하였으며, 기존의 2차원 유속계와 그 결과를 비교하였다. 본 연구에서 개발한 유속 프로파일러는 실제 하천에 활용하기에는 측정 가능한 유속 및 수심 범위의 한계가 있으나 PRF 기법의 한계 범위에서는 실측 유속분포를 비교적 잘 재현하는 것으로 나타났다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2018.05a
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• pp.137-137
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• 2018

표면영상유속계는 매우 간편하고 신속하게 하천의 유속장을 측정하는 기법이지만 하천의 넓은 구역을 카메라로 촬영하기 때문에 영상왜곡이 필연적으로 발생한다. 이러한 왜곡을 보정하기위해 많이 사용되고 있는 2차원 투영좌표변환법을 이용하여 유속을 분석하였다. 하지만 2차원 투영좌표변환법의 경우 표정점이 수표면의 높이와 같은 위치에 존재하지 않으면 유속 분석 결과에 큰 오차를 유발시킨다. 홍수 시 하천의 수위가 급변할 경우 표정점을 수위 변화에 맞추어 이동시키면서 영상을 촬영한다는 것은 현실적으로 불가능하다. 이러한 문제점을 극복하기위해 하천의 수위 변화에 대응하는 영상왜곡 보정 기법 개발이 필요하다. 이에 본 연구에서는 기존의 2차원 투영좌표변환법을 개선하기 위해 제방근처의 표정점 4개와 카메라의 좌표와 카메라와 수표면까지의 연직거리를 이용한 영상왜곡 보정식을 개발하였다. 그리고 표정점과 수표면의 높이를 다양하게 변화시키면서 개발한 보정식을 적용하였다. 표정점이 수위에 맞게 설정된 경우를 기준으로 수위보다 높게 설정된 표정점에 대하여 보정식을 적용한 경우의 유속은 표정점이 수위보다 높게 설정된 경우의 유속과 비교한 결과 오차가 크게 개선되었음을 확인하였다. 따라서 하천에 CCTV를 고정적으로 설치하여 유량을 산정할 경우 본 연구에서 제시한 표정점 보정식을 활용한다면 수위가 급변하는 상황에서도 정확한 표면유속을 산정할 수 있을 것으로 기대한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2006.05a
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• pp.505-509
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• 2006

본 연구에서는 수위변화에 따라 흐름특성이 달라지는 경사수제의 적절한 설계를 위해 수리실험을 통해 경사수제 주변의 흐름 특성을 파악하였다. 수리실험은 $2m(B){\times}40m(L){\times}1m(H)$의 직선 수로에서 수행되었으며, 수제 주변 흐름장은 LSPIV 기법을 이용하여 측정하였다. 수심변화에 따른 수제주변 특성은 수심과 수제높이의 비 $d/h_g$를 $0.60{\sim}0.97$ 범위로 설정하여 $d/h_g$ 변화에 따른 재순환영역의 변화 특성과 본류역의 유속분포 변화를 파악하였다. 실험결과 재순환영역의 폭과 길이는 수심이 증가함에 따라 감소하는 것으로 나타났으며, 제방보호 길이 설정을 위한 재순환영역의 길이는 $d/h_g=0.6{\sim}0.97$에 대해 수제의 길이의 $2{\sim}4$ 배가 발생하는 것으로 나타났다. 또한 수제부근의 유속분포를 측정한 결과, 제방부근 수제역의 역류속은 평균유속의 최대 0.3 배인 것으로 나타났으며, $d/h_g=1$에 가까울수록 역류발생은 미미한 것으로 나타났다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.222-222
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• 2020

급격한 기후변화와 도시화, 산업화로 인해 도시지역의 홍수피해가 증가하고 있다. 기후변화로 인한 재해 중 45%가 극한 강우 또는 홍수로 인한 재해로 확인되었으며, 급속도로 확장되고 있는 도시화 추세로 인해 도시지역의 홍수피해가 더욱 심화되고 있다(UNISDR, 2016). 기후변화 및 도시화로 인한 도시지역의 홍수피해가 증가하면서 시가지 건물 배치 및 도로망과 같은 복잡한 지역특성이 침수에 주는 영향을 분석할 필요성이 점차 증가하고 있다. 도시지역에서 홍수가 발생할 경우 복잡한 도로망은 배수로 역할을 하며 건물의 밀집도와 배치는 골목길 등에서 침수심을 증가시켜 안전한 구역이 좁아지는 효과를 발생시키고 있다. 본 연구에서는 우선 복잡한 시가지를 특성화하여 분석 할 수 있도록 이상화된 시가지 모형을 설계하고 제작한 후 유량에 따른 흐름 특성 변화를 분석하였으며, 기초 실험 결과를 바탕으로 강우강도에 따른 유황 변화와 연계할 예정이다. 기초 실험 수행을 위하여 먼저 건물 배치 밀집도를 고려하여 주거구역을 불록화하여 직선형의 이상적인 도시지역의 시가지 모형을 설계한 후 실험 모형을 제작하였다. 하천 범람으로 인한 침수발생을 재현하기 위해 상류 도로망에서 유량이 유입되도록 제작하였으며, 유입조건에 따라 변화하는 시가지 내부 침수 흐름은 LSPIV 기법을 이용하여 분석하였다. 유입조건에 따른 시가지 내 침수 특성을 분석한 결과 지형적 경사 특성에 의해 시가지 내부에서 흐름이 가속되며, 모형의 사거리 구간에서는 흐름 유입 방향에 대해 횡방향으로 흐름이 합류하는 경우에는 합류 흐름이 유속이 더 높은 것으로 분석되었다. 따라서 합류 이후 유속이 증가하면서 피해 발생 가능성이 높은 것으로 나타났다.